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연구배경

- 현재 전 세계적으로 초소형 휴대용 진단기기 개발 등을 위하여 Lab-On-System 개발이 진행되고 있으며, 특히 생체분자의 분석과 조작을 위한 광학적 기법에 대한 연구가 국외에서는 활발히 진행되고 있으나 국내 수준은 아직 태동 단계에 머무르고 있다. 이러한 기술의 개요는 아래와 같이 기술될 수 있는 바, 전통적인 단일 파장의 레이저를 이용하는 방법과 최근 나노 광학 분야로 새로이 태동하는 근접장 (near-field) 또는 소멸파(evanescent wave)를 이용하는 기술로 대별할 수 있다.

- 나노 생체 분자(single bio-molecule)의 제어-조절 및 분석 기술은 근접장 광 나노 프로브(probe)를 활용한 molecule trapping과 광-화학적 분석 기술로 이루어져 있다. 특히 근접장 나노 프로브를 이용한 molecule trapping 기술은 근접장광의 주요 특성인 Abbe's diffraction limit (λ/2)를 능가하는 고분해능 특성에 기초하여 single molecule을 나노미터 크기의 공간에 trap하고, 물리-화학적 분석을 실현할 수 있는 기술이다.

- Laser를 이용한 optical trapping 기술은 Ashkin 등에 의하여 1986년 개발되어 기술적으로 많은 향상이 이루어져 왔으나, 근접장 나노 프로브를 나노 tweezer로서 이용한 "molecule trapping 기법”은 일본의 S. Kawata 및 U.C. Berkley lab.의 L. Lee 박사 등에 의하여 이론 및 실험적 방법이 제시되었으나 아직까지 실험적으로 보고된 결과는 없다.

- AFM 나노 검침의 특성과 근접장광 나노 프로브의 특성을 함께 보유한 원자 검침 프로브를 사용하면 나노 크기 대상체의 물리-화학적 특성의 동시 분석이 가능하게 된다. 일차적으로 근접장 광 검침 행렬을 이용하여 생체분자의 trapping 및 분석을 시도하고, 2차적으로 이 기술을 MEMS 기술과 접목시켜 “single molecule level의 분해능”을 가지는 휴대용 진단-분석기기 제조 기술을 개발하고자 한다.

- 생체분자 연구는 유체 속에서 이루어지는 것이 가장 좋은 방법이며, 유체 속에서 molecule의 Brown 운동과 gravity를 극복할 수 있는 optical force를 구현할 수 있는 기술 중 가장 실현성이 높은 방법은 “고성능 광 투과 나노 금속 probe”를 활용하는 것이라 하겠다.

기대효과

가. 기술적 측면

- 미래의 biotechnology의 기반 확립 :
- DNA나 단백질을 단분자 수준에서 분석하는 새로운 biosensor 기술로 발전
- 생체분자 조절용 probe 개발은 nano-biosystem 또는 micro-biosystem 구축에 필수적임
- 표면플라즈몬 고효율 probe의 개발로 고성능 의료 진단 기기 개발 가능.

나. 경제·산업적 측면

- 진단 분석 기기 산업 및 IT 분야와 접목되어 원격 진단용 의료분석 기기 발전에 기여.
- 차세대 리소그라피용 기술, 디스플레이 산업용 소자, SPM 용 대용량 저장장치 발전에 기여.
- 1996~97년 사이에 미국내 생체기술 시장은 520 억불에서 830 억불로 증가하여 60%의 고속 성장률을 보였고, 예산 증가는 15%, 판매량은 16% 증가하였다.

활용방안

- 원격 진단용 의료분석기기, 단분자 분석기기, 리소그라피용 기술 및 nano-bio 연구 기반 기술에의 활용 가능.
- 표면 플라즈몬 분석기기로서의 활용은, Havard Medical School의 Parkinson병 치료 및 진단기술에 응용시도.
- 기술이전 방안: MEMS 공정기술, 나노광학 기술이 숙달된 훈련된 학생들을 관련 산업체 등에 관련 기술과 같이 공급.


 
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